UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA
FACULDADE DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL
ANÁLISE HIDRÁULICA-HIDROLÓGICA DA
IMPLANTAÇÃO DE BACIAS DE RETENÇÃO E DETENÇÃO
EM VICENTE PIRES
LUÍSA DE FARIA MACHADO CEOLIN
ORIENTADOR: SÉRGIO KOIDE, PhD
CO-ORIENTADORA: MARIA ELISA LEITE COSTA, MsC
MONOGRAFIA DE PROJETO FINAL 2 EM ENGENHARIA
CIVIL
ii
UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA
FACULDADE DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL
ANÁLISIE HIDRÁULICA-HIDROLÓGICA DA
IMPLANTAÇÃO DE BACIAS DE RETENÇÃO E DETENÇÃO
EM VICENTE PIRES
LUÍSA DE FARIA MACHADO CEOLIN
MONOGRAFIA DE PROJETO FINAL SUBMETIDA AO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL DA UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE BACHAREL EM ENGENHARIA CIVIL.
APROVADA POR:
_________________________________________ SÉRGIO KOIDE, PhD (UnB)
_________________________________________ ALEXANDRE KEPLER SOARES, D.Sc (UnB)
_________________________________________ JEFERSON DA COSTA
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FICHA CATALOGRÁFICA
CEOLIN, LUÍSA DE FARIA MACHADO
Análise Hidráulica-Hidrológica da Implantação de Bacias de Retenção e Detenção em Vicente Pires [Distrito Federal] 2019.
xiv, 99 p., 297 mm (ENC/FT/UnB, Bacharel, Engenharia Civil, 2018)
Monografia de Projeto Final - Universidade de Brasília. Faculdade de Tecnologia. Departamento de Engenharia Civil e Ambiental.
1. Drenagem Urbana 2. SWMM
3.Bacias de Retenção 4. Bacias de Detenção
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA
CEOLIN, L.F.M. (2019). Análise Hidráulica-Hidrológica da Implantação de Bacias de Retenção e Detenção em Vicente Pires. Monografia de Projeto Final, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de Brasília, Brasília, DF, 99 p.
CESSÃO DE DIREITOS
NOME DO AUTOR: Luísa de Faria Machado Ceolin
TÍTULO DA MONOGRAFIA DE PROJETO FINAL: Análise Hidráulica-Hidrológica da Implantação de Bacias de Retenção e Detenção em Vicente Pires
GRAU / ANO: Bacharel em Engenharia Civil / 2019
É concedida à Universidade de Brasília a permissão para reproduzir cópias desta monografia de Projeto Final e para emprestar ou vender tais cópias somente para propósitos acadêmicos e científicos. O autor reserva outros direitos de publicação e nenhuma parte desta monografia de Projeto Final pode ser reproduzida sem a autorização por escrito do autor.
_____________________________ Luísa de Faria Machado Ceolin SQS 303 bloco F apt. 102, Asa Sul 70336-060 - Brasília/DF - Brasil
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Dedico este trabalho ao meu avô, Maurício Leite de Faria Machado (in memoriam), que me inspirou a seguir o caminho da engenharia e sempre acreditou em mim.
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Agradecimentos
Aos meus pais, por me apoiarem em todas as minhas decisões, por sempre me proporcionar as melhores condições para eu estudar e finalizar meu curso e por sempre me aconselharem nos momentos em que tive dúvidas ou medo. Palavras não são suficientes para agradecer por tudo o que fizeram por mim.
Ao professor Koide e à Maria Elisa, por terem aceitado me orientar, por impulsionarem meu crescimento acadêmico e pessoal, incentivando a minha busca por mais conhecimento, compartilhando ensinamentos e experiências, e por serem pacientes comigo e sempre estarem à disposição para esclarecer quaisquer dúvidas acerca deste trabalho.
À Adasa e à Caesb, por terem disponibilizado os dados para a realização deste trabalho. À Novacap e à Topocart, pela disponibilização dos projetos utilizados e pela disponibilidade para tirar as minhas dúvidas a respeito do mesmo. À CHI Water pelo fornecimento da licença estudantil do programa PCSWMM.
À Universidade de Brasília, por me proporcionar uma graduação gratuita de qualidade, pelas oportunidades de aprendizado acadêmico e de crescimento pessoal que tive durante estes 5 anos de graduação. Às minhas professoras e professores, obrigada por terem sido exemplos de profissionais e passado o seu conhecimento, tanto acadêmico quanto pessoal, para mim. Às minhas amigas do só 4, Ana Paula Bona, Carolina May e Bárbara Mourão, por fazerem parte da minha vida desde o primeiro semestre e por serem companheiras incríveis nessa jornada da nossa graduação, não tenho palavras para descrever a gratidão que sinto por ter vocês ao meu lado. Aos meus amigos da turma 100, pela amizade boa e leve e pelo apoio mútuo que tivemos durante esses anos. Ao grupo do Maplu, pelo apoio, principalmente ao meu companheiro de PF, Fernando Cornachioni, pela amizade e força nos momentos de desespero, e ao Rodrigo Schleier, por ter disponibilizado o seu tempo e ter feito as fotos aéreas maravilhosas das bacias deste trabalho com o drone. A todos os amigos que fiz, obrigada por me acolherem e pelas boas risadas.
Ao meu revisor de texto oficial, Gustavo Gonçalves, obrigada por ter lido e relido incontáveis vezes meus textos para este trabalho, por estar do meu lado quando eu precisei, por todo o apoio e carinho dado e pelos momentos bons que me proporciona.
Por fim, a todas as pessoas além das citadas que fazem parte da minha vida ou que passaram por ela e deixaram apenas coisas boas em mim, obrigada por terem contribuído para que eu chegasse até aqui.
vi
Resumo
O desenvolvimento urbano acelerado e desorganizado vivenciado pelas cidades brasileiras traz grandes problemas para a drenagem pluvial, devido à grande impermeabilização do solo, retirada da cobertura vegetal e à ocupação de leitos de cheias naturais de rios. A impermeabilização do solo contribui para o aumento do volume escoado e, consequentemente, para o aumento da vazão de pico durante o evento de chuva, reduzindo, em contrapartida, o tempo de concentração. Essa situação contribui para a ocorrência de enchentes com maior frequência e maiores magnitudes, além de afetar na qualidade da água segue para o corpo hídrico. Diante da necessidade de resolver os problemas causados pelas inundações, surgiram métodos que visam minimizá-las, seja por meio do escoamento rápido da água pluvial ou favorecendo de sistemas de infiltração e/ou retenção/detenção das águas pluviais. Diante do apresentado, o presente trabalho teve por objetivo analisar o comportamento de bacias de detenção em implantação diante de eventos de chuvas intensas, localizadas no Setor Habitacional Vicente Pires, área do Distrito Federal que apresenta grande desenvolvimento urbano sem o devido planejamento, além de analisar a rede de contribuição das bacias, por meio do projeto fornecido pela Novacap, feito pela Topocart. Para isso, foram realizadas simulação com o programa SWMM (Storm Water Management Model) por meio do PCSWMM para diferentes chuvas de projeto, comparando com a situação atual da região – sem o sistema de drenagem. As simulações realizadas apresentaram que a rede está sobrecarregada e as bacias subdimensionadas, sendo que a bacia de qualidade funcionará apenas como uma bacia adicional de quantidade. A partir dos resultados obtidos, foi possível perceber que a importância de incorporar a capacidade de infiltração no solo, a variabilidade do uso e ocupação do solo e a propagação hidrodinâmica no dimensionamento de um sistema de drenagem. Além disso, foi possível comprar o dimensionamento feito a partir do Método Racional com os resultados obtidos da simulação feita pelo programa PCSWMM.
PALAVRAS CHAVES: Drenagem Urbana, SWMM, Bacias de Retenção e Bacias de
vii
SUMÁRIO
1 Introdução... 1 2 Objetivos ... 3 2.1 Objetivo Geral ... 3 2.2 Objetivos Específicos ... 3 3 Revisão Bibliográfica ... 43.1 Impactos do Desenvolvimento Urbano ... 4
3.2 Drenagem Urbana ... 7
3.2.1 Gestão da Drenagem ... 10
3.2.2 Caracterização da rede de drenagem do DF ... 13
3.2.3 Medidas de controle de cheia ... 16
3.2.4 Técnicas compensatórias de drenagem urbana ... 19
3.3 Bacias de Retenção e Detenção ... 21
3.4 Storm Water Management Model – SWMM ... 26
3.4.1 Definição do CN ... 27
4 Metodologia ... 30
4.1 Setor ... 31
4.2 Área de Estudo ... 31
4.2.1 Bacia de contribuição para a rede de drenagem ... 32
4.2.2 Clima ... 38
4.2.3 Tipo de solo ... 39
4.2.4 Uso e ocupação do solo ... 41
4.3 Modelagem no PCSWMM ... 42
4.4 Modelagem da Rede de Drenagem ... 43
4.4.1 Divisão das Sub Bacias ... 44
4.4.2 Precipitações de Projeto ... 44
4.4.3 Modelagem 2D ... 45
4.5 Simulação de Base Contínua ... 46
4.6 Método Racional ... 47
5 Resultados e Discussões ... 49
5.1 Rede de Drenagem das Bacias de Detenção ... 49
5.2 Funcionamento das Bacias de Detenção ... 52
5.3 Comportamento da Rede em Simulação Contínua ... 63
5.4 Comportamento da Área de Estudo sem a Rede de Drenagem ... 73
5.5 Método Racional ... 76
6 Conclusões ... 79
viii
LISTA DE FIGURAS
Figura 3.1 - Proporção da população urbana brasileira, segundo as regiões (IBGE, Censo
Demográfico 1940/2010). ... 4
Figura 3.2 - Efeito da urbanização sobre o ciclo hidrológico (adaptado – EPA, 1998). ... 5
Figura 3.3 – Impactos da urbanização sobre as águas (adaptado – CHOCAT, 1997, apud Baptista et al, 2013). ... 6
Figura 3.4 - Representação de um sistema clássico de drenagem urbana (adaptado – Moraes, 2015). ... 8
Figura 3.5 - Representação de sistemas alternativos de drenagem urbana. ... 9
Figura 3.6 - Mapa de ocupação irregular (PDDU, 2008). ... 14
Figura 3.7 - Caminhonete em cratera aberta durante inundação em Vicente Pires (G1). ... 15
Figura 3.8 - Asfalto danificado devido a enchentes (G1). ... 15
Figura 3.9 - Situação em uma das vias de Vicente Pires durante evento chuvoso (Topocart, 2010). ... 15
Figura 3.10 - Processos Erosivos em Vias Pavimentadas no Vicente Pires - ausência de sistema de drenagem pluvial (Topocart, 2010). ... 15
Figura 3.11 - Implantação da bacia de detenção em Vicente Pires. ... 16
Figura 3.12 - Classificação das técnicas alternativas, segundo Baptista (2011). ... 20
Figura 3.13 - Esquema de bacia de detenção (CANHOLI, 2014). ... 22
Figura 3.14 - Bacia de detenção em construção no SHVP. ... 22
Figura 3.15 - Bacia de detenção - N.A permanente - município de Uberaba (CANHOLI, 2014). ... 23
Figura 3.16 - Vantagens e desvantagens das bacias de detenção (Adaptado – Castro, 2002) 24 Figura 4.1 - Fluxograma das etapas do projeto. ... 30
Figura 4.2 - Sistema Provisório de Drenagem Pluvial para Evitar Alagamentos na Vila São José (sistema sem critérios técnicos e fora do padrão da NOVACAP) (Topocart, 2010). ... 31
Figura 4.3 - Tubulações Provisórias para Escoamento de Drenagem Pluvial na Vila São José com Problemas Erosivos (perda da tubulação) (Topocart, 2010) ... 31
Figura 4.4 - Localização da área de estudo ... 32
Figura 4.5 - Localização da bacia de detenção da rede 134 - Lote IX (SHVP) (TOPOCART, 2017). ... 34
ix
Figura 4.7 - Bacia de qualidade. ... 35
Figura 4.8 - Detalhe da entrada (a) e saída (b) da bacia de qualidade ... 35
Figura 4.9 - Bacia de detenção ... 35
Figura 4.10 - Mapa da rede de drenagem modelada no estudo. ... 36
Figura 4.11 - Bacia de dissipação ao final da rede. ... 37
Figura 4.12 - Presença de entulho na entrada (b) e próximo à saída (a) da bacia de detenção. ... 37
Figura 4.13 - Acúmulo de água na bacia de qualidade. ... 38
Figura 4.14 - Defeitos no gabião da bacia de detenção. ... 38
Figura 4.15 - Indícios de erosão no talude na lateral (a) e por cima (b) do vertedor da bacia de detenção. ... 38
Figura 4.16 - Precipitação Pluviométrica média mensal no Distrito Federal. ... 39
Figura 4.17 - Mapa de solos do Distrito Federal com detalhes do solo da área em estudo .... 40
Figura 4.18 - Mapa de uso e ocupação da área de contribuição das bacias. ... 42
Figura 4.19 –Pluviógrafo instalado em Vicente Pires (a) protegido por grades metálicas (b). ... 43
Figura 4.20 - Hietograma para TR de 10 anos ... 45
Figura 4.21 - Hietograma para TR de 25 anos ... 45
Figura 4.22 - Hietograma para TR de 50 anos ... 45
Figura 4.23 - Hietograma para TR de 100 anos ... 45
Figura 4.24 - Representação feita na modelagem 2D. ... 46
Figura 5.1 - Identificação do conduto "Entrada", utilizado para a análise da vazão de saída da rede. ... 49
Figura 5.2 - - Hidrograma do final da rede de drenagem, modelada a partir de uma chuva calculada por meio da curva IDF do PDDU, tempo de retorno de 10 anos e duração de 24 horas ... 50
Figura 5.3 - Poços de visitas que apresentaram extravasamento para chuva de projeto com TR de 10 anos, classificados pelo intervalo de tempo que o fenômeno se manteve. ... 51
Figura 5.4 - Perfil de trechos da rede em estudo, com seus valores de pico. (a) Parte da rede que não apresenta extravasamento e (b) Parte da rede em que um PV apresenta extravasamento ... 52
Figura 5.5 -Vazão afluente e efluente às bacias, para um TR de 10 anos ... 53
Figura 5.6 - Vazão afluente e efluente às bacias, para um TR de 25 anos. ... 53
x
Figura 5.8 - Vazão afluente e efluente às bacias, para um TR de 100 anos ... 53 Figura 5.9 - Trecho do sistema de drenagem em estudo, em situação mais crítica. (a) Chuva de
projeto com TR 10 anos, (b) Chuva de projeto com TR 25 anos, (c) Chuva de projeto com TR 50 anos e (d) Chuva de projeto com TR 100 anos. ... 55
Figura 5.10 - Vazão de escoamento para os eventos com TR de 10, 25, 50 e 100 anos ... 55 Figura 5.11 - Vazão que transborda na rede para os eventos com TR de 10, 25, 50 e 100 anos.
... 56
Figura 5.12 - Poços de visitas que apresentaram extravasamento para chuva de projeto com TR
de 10 anos, classificados pelo intervalo de tempo que o fenômeno se manteve. ... 57
Figura 5.13 - Poços de visitas que apresentaram extravasamento para chuva de projeto com TR
de 25 anos, classificados pelo intervalo de tempo que o fenômeno se manteve. ... 57
Figura 5.14 - Poços de visitas que apresentaram extravasamento para chuva de projeto com TR
de 10 anos, classificados pelo intervalo de tempo que o fenômeno se manteve. ... 58
Figura 5.15 - Poços de visitas que apresentaram extravasamento para chuva de projeto com TR
de 25 anos, classificados pelo intervalo de tempo que o fenômeno se manteve. ... 58
Figura 5.16 - Vazão de entrada e saída da bacia de qualidade para evento de chuva com TR de
10 anos e duração de 24 horas. ... 59
Figura 5.17 – Volume armazenado de água nas bacias de qualidade e quantidade para um
evento de chuva com TR de 10 anos e duração de 24 horas ... 60
Figura 5.18 - Vazão e profundidade da lâmina d'água no orifício de saída da bacia de qualidade
... 61
Figura 5.19 - Vazão do vertedor para os tempos de retorno de 1, 2, 3, 4 e 5 anos ... 62 Figura 5.20 – Volume na bacia de quantidade durante os eventos de chuva com TRs de 10, 25,
50 e 100 anos. ... 63
Figura 5.21 - Vazão apresentada na entrada da bacia de qualidade e na saída da rede para uma
série de chuva do dia 23/10/2018 a 19/03/2019. ... 64
Figura 5.22 - Vazão de entrada na bacia de retenção e vazão de saída da rede para um evento
com TR de 38 anos e duração de 65 minutos. ... 65
Figura 5.23 - Vazão de entrada da bacia de qualidade e de saída da rede no dia 16/11/2019. 66 Figura 5.24 - Profundidade e vazão na bacia de qualidade para a simulação contínua. ... 67 Figura 5.25 - Vazão no vertedor V2 da bacia de quantidade no dia 16/11/2018. ... 68 Figura 5.26 - Vazão de entrada na bacia de qualidade e vazão de saída da rede para o evento
xi
Figura 5.27 - Volume e profundidade ao longo do evento do dia 21/6/2019 para as bacias de
qualidade e quantidade. ... 70
Figura 5.28 - Vazão nos vertedores da bacia de qualidade (V1) e na bacia de quantidade (V2).
... 71
Figura 5.29 - Vazão de entrada na bacia de qualidade e de saída da rede durante o evento do
dia 16/02/2019 ... 72
Figura 5.30 - Vazão de saída das sub-bacias para o cenário sem rede ... 73 Figura 5.31 - Representação dos volumes máximos durante um evento de chuva com TR de 10
anos e duração de 24 horas nas chácaras de número 147/1 até as de número 142/1 ( da esquerda para a direita). ... 74
Figura 5.32 - Representação do volume máximo em evento de chuva com TR de 10 anos e
duração de 24 horas. ... 75
Figura 5.33 - Representação dos vetores de velocidade na situação mais crítica durante a
simulação. ... 76
Figura 5.34 - Hidrograma de escoamento resultante da chuva com intensidade de 218,7 mm/hr,
xii
LISTA DE EQUAÇÕES
Equação 1 ... 25 Equação 2 ... 25 Equação 3 ... 25 Equação 4 ... 44 Equação 5 ... 47 Equação 6 ... 47 Equação 7 ... 59xiii
LISTA DE TABELAS
Tabela 3.1 - Arranjo Institucional ... 11
Tabela 3.2 - Medidas Estruturais ... 17
Tabela 3.3 - Medidas não estruturais para o controle de inundações ... 19
Tabela 3.4 - Grupo de solos e suas características. ... 28
Tabela 3.5 - Valores de CN para bacias urbanas e suburbanas ... 28
Tabela 4.1 - Características gerais das bacias de qualidade e quantidade. ... 33
Tabela 4.2 - Tipo de solo segundo classificação ... 41
Tabela 4.3 - Classificação do uso e ocupação da área de contribuição da rede de drenagem das bacias de detenção ... 41
Tabela 4.4 - Porcentagem dos diferentes tipos de uso e ocupação do solo da área de contribuição ... 42
Tabela 4.5 - Lâmina precipitada para cada chuva simulada ... 45
Tabela 4.6 - Valores de C por tipo de uso do solo ... 48
Tabela 5.1 - Características gerais da rede de drenagem ... 49
Tabela 5.2 - Resumo das vazões afluentes à bacia de qualidade e efluentes à bacia de quantidade da área em estudo ... 54
Tabela 5.3 - Resumo dos resultados para a modelagem do vertedor ... 62
Tabela 5.4 - Comparação entre os eventos de chuva. ... 64
Tabela 5.5 - Comparação dos resultados da vazão de saída ... 74
Tabela 5.6 - Coeficientes de escoamento de acordo com o uso e ocupação do solo. ... 77
xiv
LISTA DE SIGLAS
ADASA Agência Reguladora de Águas, Energia e Saneamento Básico do Distrito Federal ANA Agência Nacional de Águas
BMP Best Management Practices
CAESB Companhia de Saneamento Ambiental do Distrito Federal
CN Curva Número
DF Distrito Federal
GDF Governo do Distrito Federal
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística IBRAM Instituto Brasília Ambiental
INMET Instituto Nacional de Meteorologia MDE Modelo Digital de Elevação do Terreno NOVACAP Companhia Urbanizadora da Nova Capital PDDU Plano Diretor de Drenagem Urbana
PV Poço de Visita
RA Região Administrativa SCS Soil Conservation Service
SINESP Secretaria de Estado de Infraestrutura e Serviços Públicos SHVP Setor Habitacional Vicente Pires
SO/DF Secretaria do Estado de Obras do Distrito Federal SWMM Storm Water Management Model
1
1 INTRODUÇÃO
O desenvolvimento urbano promove a retirada de cobertura vegetal, a impermeabilização das bacias hidrográficas e a ocupação de leitos de cheias naturais de rios. Assim, a parte da precipitação que infiltrava no solo ou que era retida pela vegetação e depressões naturais passa a contribuir com o escoamento superficial, aumentando a sua vazão e tornando as vazões de cheia maiores e mais frequentes, e provocando a ocorrência de inundações na área urbana e carregamento de resíduos para os mananciais.
A partir da necessidade de resolver os problemas de inundações em áreas urbanas desenvolveu-se o sistema tradicional de drenagem urbana, que foca em controlar as inundações de forma localizada. Esse sistema, também denominado de sistema clássico, é caracterizado por trazer soluções de rápida evacuação das águas dos locais que geram escoamento superficial. Geralmente, ele é constituído por redes subterrâneas de drenagem, canalizações e retificações de corpos hídricos, construções de galerias, entre outros.
Este sistema pode ser eficiente em áreas menos urbanizadas, mas em locais onde a urbanização é mais intensa, ele apresenta falhas, devido ao seu caráter de controlar localmente as inundações, transferindo o problema para jusante e negligenciando o aspecto de qualidade da água.
Diante disso, as técnicas de drenagem sustentáveis ou compensatórias visam reduzir os problemas de inundação e enchentes reestabelecendo o ciclo hidrológico. Essas técnicas se baseiam na retenção e infiltração das águas pluviais, tentando reproduzir as condições naturais das bacias hidrográficas. As vantagens da drenagem urbana por técnicas compensatórias são a redução da vazão de jusante e a melhoria na qualidade da água.
Esses eventos extremos estão sendo cada vez mais frequentes em Brasília que, como outras metrópoles brasileiras, apresenta um crescimento acelerado, com a ocorrência de invasões e urbanizações não controladas. Segundo a Agência Nacional de Águas (ANA), o DF é classificado como uma região de baixa garantia hídrica e suas bacias como “trechos críticos”. Por conseguinte, o manejo adequado e a preservação da água nessa região devem ser tratados com prioridade, visto que a disponibilidade hídrica no DF é mais restrita que em outras unidades da federação à jusante. Um sistema de drenagem adequado é essencial para reduzir as ocorrências de enchentes e inundações e contribuir para o aumento da disponibilidade hídrica (ADASA, 2018).
2
A Região Administrativa Vicente Pires é um exemplo de urbanização não controlada. Inicialmente, a utilização da área restringia-se a chácaras rurais, mas, com o tempo e com o parcelamento das chácaras, ela deixou de ser uma região essencialmente rural para virar um centro urbano, apresentando um crescimento acelerado. O desenho das vias, que não levou em consideração a topografia, não era problemático para uma área rural. No entanto, com a intensa urbanização, acompanhada de uma impermeabilização acentuada da área, grandes vazões de escoamento superficial passaram a ser geradas. A falta de um sistema de drenagem adequado causa problemas de inundações além de erosão e assoreamento dos cursos d’água e destruição das vias.
O dimensionamento de uma nova rede de drenagem ou a verificação de um projeto de um sistema de drenagem pode ser feito por modelagem hidrológica. Esse método é cada vez mais usada para se entender melhor o comportamento do escoamento superficial e das bacias hidrográficas. A partir de modelos, é possível inferir os impactos que as mudanças climáticas e as ações antrópicas exercem sobre o meio ambiente. O programa
Storm Water Management Model (SWMM) é um exemplo dessas ferramentas, que é
capaz de fazer uma simulação hidráulica-hidrológica do escoamento superficial, tanto quantitativa como qualitativamente. Para este estudo, será utilizado o programa SWMM para estudar o comportamento de uma bacia de detenção na região administrativa de Vicente Pires no amortecimento de ondas de cheia.
O presente trabalho está estruturado em sete capítulos, incluindo esta introdução. O capítulo dois apresenta os objetivos gerais e específicos. O capítulo três trata da revisão teórica, que aborda temas sobre drenagem urbana, principalmente no Distrito Federal, como os impactos da urbanização na drenagem, gestão de drenagem no DF, medidas de controle de inundações, técnicas compensatórias de drenagem urbana, e sobre o modelo SWMM. A metodologia a ser utilizada é apresentada no capítulo quatro, que aborda as etapas a serem realizadas neste trabalho. O quinto capítulo apresenta os resultados e discussões gerados a partir da simulação do modelo e a conclusão e recomendações são apresentadas no sexto capítulo. O último capítulo contém as referências bibliográficas utilizadas neste estudo.
3
2 OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GERAL
O objetivo geral deste trabalho é estudar o comportamento do sistema de drenagem que possui uma bacia de retenção e uma bacia de detenção em construção, na região administrativa Vicente Pires, em relação à sua efetividade no amortecimento de cheias geradas na bacia de contribuição.
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
▪ Simular o escoamento superficial na área de drenagem utilizando o modelo SWMM, para verificar o comportamento da área com e sem a rede de drenagem implantada;
▪ Verificar o comportamento das bacias de retenção e detenção no amortecimento de cheias geradas por chuvas de projeto.
▪ Simular o comportamento da bacia quando submetida a eventos críticos reais obtidos por pluviógrafos instalados na região, bem como o comportamento do sistema de drenagem proposto.
4
3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Neste capítulo serão apresentados os impactos gerados pela urbanização das cidades no escoamento superficial e conceitos importantes sobre drenagem urbana para o melhor entendimento deste trabalho.
3.1 IMPACTOS DO DESENVOLVIMENTO URBANO
Inundações, enchentes, deslizamentos de terra, congestionamentos, falta de água para abastecimento, epidemias e violência são apenas alguns dos problemas que grandes cidades brasileiras vêm enfrentando atualmente e, cada vez mais, esses cenários são recorrentes. Um dos fatores que gera essas situações é a falta de planejamento urbano (CHRISTOFIDIS, 2010).
Segundo Tucci (2003), o crescimento das cidades não foi acompanhado por instrumentos reguladores de uso e ocupação do solo, impermeabilizando-o e gerando canalização do escoamento sem controle dos impactos. Ao se considerar apenas aspectos econômicos e sociais em detrimento dos aspectos ambientais, as consequências da transferência de impactos de montante para jusante acabam afetando a sociedade.
Com a urbanização, o Brasil vivenciou um período de rápido aumento populacional. Na década de 1950, a população chegou a crescer uma média de 2,99% ao ano, correspondente a cerca de 18 milhões de habitantes. Isso indica o declínio da taxa de mortalidade enquanto a taxa de fecundidade ainda era elevada. Segundo o Censo Demográfico do IBGE, em 2010, cerca de 84,4% da população brasileira residia em áreas urbanas, deixando de ser um país predominantemente rural (SIMÕES, 2016). A Figura 3.1 apresenta um gráfico da proporção da população brasileira urbana até 2010, de acordo com a região geográfica.
Figura 3.1 - Proporção da população urbana brasileira, segundo as regiões (IBGE, Censo Demográfico
5
A aglomeração da população em cidades gerou seu crescimento, devido à ausência de planejamento, e o aumento da demanda de recursos e serviços que, por sua vez, não consegue ser atendida. O sistema hídrico da cidade é alterado pelo processo de urbanização, que remove a cobertura vegetal original e impermeabiliza a superfície das bacias hidrográficas. A evolução da urbanização e o seu impacto no ciclo hidrológico da cidade são representados na Figura 3.2.
Figura 3.2 - Efeito da urbanização sobre o ciclo hidrológico (adaptado – EPA, 1998).
As inundações e enchentes são apenas algumas consequências das alterações causadas pela urbanização. Em prol de amenizar esses efeitos, são implantadas galerias de águas pluviais e canais. Apesar dessas medidas apresentarem resultados para alagamentos locais, elas transferem o problema para jusante e interferem no ciclo hidrológico nos seguintes aspectos (ADASA, 2018):
▪ Aumento do escoamento superficial: com a redução da vegetação e a impermeabilização do solo, o escoamento superficial recebe contribuição do volume de água que infiltrava no solo e que era retido pela vegetação e depressão do terreno;
▪ Maiores vazões em menores tempos: as galerias de águas pluviais aceleram a velocidade de escoamento da água. Assim, reduz o tempo de deslocamento de ondas de cheia, acelerando a ocorrência dos picos de vazões; ▪ Menor nível do lençol freático: a menor infiltração de água no solo causa redução do nível do aquífero subterrâneo, devido à falta de recarga;
6
▪ Aumento da temperatura e diminuição da umidade: com a remoção da cobertura vegetal, diminui-se o aporte de água para a atmosfera, devido à falta da evapotranspiração. Assim, a umidade do ar diminui, enquanto a temperatura aumenta.
A Figura 3.3 apresenta um fluxograma sobre os impactos da urbanização sobre as águas.
Figura 3.3 – Impactos da urbanização sobre as águas (adaptado – CHOCAT, 1997, apud Baptista et al,
2013).
O aumento de produção de sedimentos na bacia hidrográfica durante o desenvolvimento urbano é significativo e tem como principal consequência o assoreamento da drenagem de condutos, rios e lagos urbanos, prejudicando o escoamento nesses meios e aumentando a contaminação das águas pluviais, por transportar agentes poluentes junto com os sedimentos. Segundo Tucci (1997), a qualidade da água depende de vários fatores como a limpeza urbana e sua frequência, a intensidade de precipitação e sua distribuição temporal e espacial, da época do ano e o tipo de uso da área urbana.
Benini e Mendiondo (2015) estudaram os impactos da urbanização no ciclo hidrológico da Bacia do Mineirinho, localizada em São Carlos, SP. Foram comparados quatro cenários: um no ano de 1972, período pré-urbanização, outro no ano de 2000, e outros dois no ano 2025, um com o Plano Diretor e outro sem o Plano Diretor. As vazões máximas apresentaram um aumento de 108% entre os anos1972 e 2000 e de 388% de entre 1972 e 2025 sem o Plano Diretor. Neste cenário, o aumento de áreas impermeáveis foi de 71%. Dessa forma, percebe-se a fragilidade da bacia com relação à impermeabilização das áreas causadas pela urbanização do local, podendo concluir que a urbanização é uma das razões para o crescimento das enchentes nas regiões urbanas.
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Seguindo a mesma linha, Anjos et al (2017) analisaram como a urbanização dispersa afetava a bacia do Cuiá, em João Pessoa, PB. Por meio de mapeamentos que representam a expansão urbana na região e da classificação do uso e ocupação do solo, os autores conseguiram demonstrar que a urbanização provocou o comprometimento de estruturas naturais da bacia, como a poluição dos recursos hídricos, impermeabilização do solo e a supressão e degradação das áreas verdes.
3.2 DRENAGEM URBANA
Áreas próximas aos cursos d’água sempre foram propícias para a aglomeração urbana. A disponibilidade de água facilitava o suprimento para o consumo e higiene da população, o que tornava a localização perto de cursos d’água mais atraente para a formação das cidades. A produção de atividades agrícolas e o favorecimento do comércio são outros benefícios que a localização próxima aos leitos dos rios traz às cidades (TUCCI, 2003).
Diante desse cenário, surgiram os preceitos higienistas, que priorizavam a rápida evacuação das águas pluviais e de esgoto, afim de se obter controle sobre as enchentes e doenças de veiculação hídrica, a partir da construção de sistemas de esgoto e águas pluviais. Esses sistemas são caracterizados pela construção de redes de tubulação principalmente subterrâneas, o que leva à perda do papel da água na paisagem da cidade.
Esse tipo de sistema foi aceito por grande parte do mundo ocidental. No Brasil, essas práticas foram adotadas por volta da Proclamação da República e continuam a vigorar até hoje, sofrendo algumas modificações por causa dos avanços tecnológicos. No entanto, a aplicação desses sistemas não é tão vantajosa para centros muito urbanizados. À medida que a rede de drenagem se torna mais complexa, a implementação do sistema clássico se torna mais cara, por ela não considerar aspectos de qualidade da água e por transferir o problema do escoamento superficial excessivo para jusante.
Inicialmente, as medidas higienistas, que são a base do chamado “sistema de drenagem clássico”, foram eficientes e isso foi refletido na diminuição da taxa de mortalidade da população. Esses sistemas são divididos em microdrenagem, que consiste no sistema de condutos pluviais em nível de loteamento ou da rede primária urbana, e macrodrenagem, cuja função é o deslocamento final das águas da drenagem captada pela rede primária. O primeiro sistema é composto por meios-fios, sarjetas, bocas de lobo, tubulações de ligações, galerias e poços de visita e o sistema de macrodrenagem
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corresponde à rede natural de canais existentes no terreno antes da ocupação do solo, sendo composto pelos córregos, riachos e rios.
Figura 3.4 - Representação de um sistema clássico de drenagem urbana (adaptado – Moraes, 2015). Entretanto, o aumento da população e de sua aglomeração perto de cursos d’água ampliou significantemente os impactos da urbanização no ambiente e observou-se que a rede de drenagem estava se tornando obsoleta e as inundações tornaram-se cada vez mais frequentes nas áreas urbanas (BARBOSA, FILHO e NASCIMENTO, 2007).
A partir da década de 70, novas técnicas foram desenvolvidas para resolver o problema do sistema de drenagem. O sistema conhecido como sistema alternativo ou compensatório de drenagem urbana tem como objetivo diminuir o impacto da urbanização no processo hidrológico por meio do controle dos excedentes de água causados pela impermeabilização quanto da transferência a jusante (PAULA, 2015).
A nova abordagem preocupa-se com provocar o mínimo impacto no ciclo hidrológico, procurando fazer a manutenção e recuperação de ambientes saudáveis tanto interna quanto externamente à área urbana, diferente dos preceitos higienistas, que procuravam sanar o problema localmente. Portanto, houve uma ampliação da visão sanitarista, onde não só objetivava a melhoria da saúde e da qualidade de vida, mas apresentando uma extensão para o meio ambiente (PAULA, 2015).
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Fonte: Adaptado Butler, 2018.
Figura 3.5 - Representação de sistemas alternativos de drenagem urbana.
Gonçalves et al (2016) analisaram o efeito das técnicas compensatórias nos impactos da urbanização, analisando-as sob o ponto de vista de funcionalidade e de integração, na microbacia do campus da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) na cidade de São Paulo. Foram utilizados dois cenários: o primeiro utilizando técnicas convencionais para a drenagem da área e o segundo utilizando as técnicas compensatórias. A partir das simulações, constatou-se uma diminuição de 42,94% do volume do escoamento superficial e de 43,93% da vazão de pico. Assim, pode-se notar a eficiência da utilização das técnicas compensatórias no controle do escoamento superficial. Dessa forma, o autor concluiu que o uso de técnicas compensatórias é benéfico em relação ao sistema convencional por apresentar ganho nos aspectos ambiental e hidrológico, além de contribuir para o projeto urbanístico sustentável do campus.
Em relação ao DF, Borges (2018) realizou estudos para a implementação de técnicas compensatórias para o sistema de drenagem do Guará II, onde foram simuladas 6 cenários com arranjos de técnicas compensatórias (bacias de detenção, trincheiras de infiltração e pavimentos permeáveis) e os resultados foram comparados com o cenário em que se simula a rede original da região. Todos os cenários apresentaram um certo amortecimento na vazão de pico, no entanto os cenários que apresentaram melhores
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resultados foram o que aplicava as três técnicas em estudo associadas entre si. O sexto cenário, que propunha aplicar as três técnicas em estudo associados, apresentou o melhor resultado para a redução do número de poços de visitas em extravasamento e sobrecarga, sendo maior que 50% para a bacia 1 em estudo e mais de 80% para a bacia 2, além de possibilitar que a vazão de saída máxima fosse atendida.
3.2.1 Gestão da Drenagem
Em nível federal, as legislações que abordam sobre a drenagem urbana e inundações ribeirinhas são relacionadas a recursos hídricos e ocupação e uso do solo.
A Constituição de 1988 estabeleceu um instrumento legal de regulação de uso e ocupação do solo dentro das cidades, que foi regulamentado pela Lei nº 10.257 (10 de julho de 2001). Nesse instrumento denominado Estatuto da Cidade estão descritas as diretrizes gerais da política urbana. Esta lei tem como objetivo ordenar o pleno desenvolvimento das funções sociais da cidade e da propriedade urbana, mediante a garantia dos direitos das cidades sustentáveis, entendido como direito à terra urbana, à moradia, ao saneamento ambiental, à infraestrutura urbana, ao transporte e aos serviços públicos, ao trabalho e ao lazer, para as presentes e futuras gerações (BARBOSA, FILHO e NASCIMENTO, 2007). Com isso, criou-se ferramentas de gestão urbana para regular o uso da propriedade urbana. Para a questão de drenagem urbana, a criação do Estatuto da Cidade tornou-se um grande aliado, pois esse instrumento determina as diretrizes para orientar o crescimento urbano, o uso e a ocupação do solo, incentivando uma sociedade mais sustentável.
Outra contribuição importante para o tema é a Política Nacional de Recursos Hídricos (PNRH), instituída pela Lei nº 9.433 em 8 de janeiro de 1997, estabeleceu instrumentos para a gestão de recursos hídricos de domínio federal e criou o Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos (SINGREH) (ANA, 2018). O artigo 3º da Lei nº 9.443 estabelece as diretrizes gerais de ação para a implementação da PNRH.
Art. 3º Constituem diretrizes gerais de ação para a implementação da Política Nacional de Recursos Hídricos:
I – a gestão sistemática dos recursos hídricos, sem dissociação dos aspectos de quantidade e qualidade;
II – a adequação da gestão de recursos hídricos às diversidades físicas, bióticas, demográficas, econômicas, sociais e culturais das diversas regiões do País; III - a integração da gestão de recursos hídricos com a gestão ambiental; IV - a articulação do planejamento de recursos hídricos com o dos setores usuários e com os planejamentos regional, estadual e nacional;
V - a articulação da gestão de recursos hídricos com a do uso do solo;
VI - a integração da gestão das bacias hidrográficas com a dos sistemas estuarinos e zonas costeiras.
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Portanto, essa lei estabelece os critérios para a gestão da água para a utilização racional e integrada dos recursos hídricos, baseado no desenvolvimento sustentável, defender o país contra eventos hidrológicos e garantir a disponibilidade de água para a atual e as futuras gerações.
A lei nº 11.445 de 2007 também foi um marco no arcabouço legal da drenagem urbana. A mesma estabelece as diretrizes nacionais para o saneamento básico e para a política federal de saneamento básico. Segundo a lei, saneamento básico é o conjunto de serviços, infraestrutura e instalações operacionais de abastecimento de água potável, esgotamento sanitário, limpeza urbana e manejo dos resíduos sólidos e drenagem e manejo de águas pluviais urbanas. Esses dispositivos legais têm como função oferecer às populações condições sanitárias adequadas através da proteção da água.
Dessa forma, esse instrumento legal garante a todas as áreas serviços de drenagem urbana e manejo das águas pluviais, assegurando à sociedade o direito de ter um sistema de drenagem adequado e seguro.
No Distrito Federal, a gestão dos serviços de drenagem e manejo de águas pluviais é composta por um conjunto de órgãos e entidades de sua Administração Pública. A Tabela 3.1 apresenta as denominações e funções desses órgãos (ADASA, 2017).
Tabela 3.1 - Arranjo Institucional
PLANEJAMENTO
SODF - Secretaria de Estado de Obras e Infraestrutura do Distrito
Federal
CORSAP - Consórcio Público de Manejo de Resíduos Sólidos e das
Águas Pluviais de Região Integrada do Distrito Federal e Goiás
REGULAÇÃO E FISCALIZAÇÃO
ADASA - Agência Reguladora das Águas, Energia e Saneamento
Básico do Distrito Federal
PRESTAÇÃO DE SERVIÇOS
NOVACAP - Companhia Urbanizadora da Nova Capital do Brasil DER-DF - Departamento de Estradas de Rodagem do Distrito Federal
ÓRGÃOS INTERNOS
METRÔ-DF - Companhia Metropolitana do Distrito Federal
TERRACAP - Agência de Desenvolvimento do Distrito Federal -
Companhia Imobiliária de Brasília
CODHAB - Companhia de Desenvolvimento Habitacional do Distrito
Federal AR's - Administrações Regionais
LICENCIAMENTO IBRAM - Instituto do Meio Ambiente e Recursos Hídricos do Distrito
Federal
OUTORGA DE RECURSOS
HÍDRICOS
ADASA - Agência Reguladora das Águas, Energia e Saneamento
Básico do Distrito Federal
OUVIDORIA Ouvidoria Geral do DF e Ouvidoria de cada órgão
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A SODF é o órgão planejador, político e organizador do sistema. Ela também executa obras de expansão das redes de drenagem. A rigor, essa função deveria ser apenas da NOVACAP, pois é a empresa pública que possui a outorga legal para a execução de tais serviços, conforme a Lei nº4.2852008, art. 51. Entretanto devido a questões orçamentárias e práticas, ambos os órgãos desempenham atividades semelhantes (ADASA, 2018). A Secretaria de Estado de Infraestrutura e Serviços Públicos foi criada a partir do Decreto nº 36.236, de 1º de janeiro de 2015, e tem atuação e competência em projetos, execução e fiscalização das obras públicas; infraestrutura; recuperação de equipamentos públicos; e serviços públicos (SINESP, 2017).
Cabe a Agência Reguladora de Água, Energia e Saneamento Básico do Distrito Federal (ADASA) a regulação dos usos das águas e dos serviços públicos do DF, conforme a Lei Distrital nº 4.285/2008 (Distrito Federal, 2008) (ADASA, 2018). A avaliação, manutenção dos projetos de drenagem urbana são de responsabilidade da NOVACAP. Os projetos dependem de aprovação por parte do IBRAM, quando interferem no meio ambiente, e são regulados pela ADASA.
Em 2009, consolidou-se o Plano Diretor de Drenagem Urbana (PDDU), com o propósito de criar um instrumento que trate da drenagem e manejo de águas pluviais em ambiente urbano (ADASA, 2009).
Compondo o PDDU existem os manuais de Modelos Hidrológico e Hidráulico e de Drenagem Urbana e eles têm como objetivo orientar os projetistas e profissionais dos órgãos responsáveis pelo planejamento, implementação e gerenciamento dos sistemas de drenagem urbana. O primeiro apresenta e detalha o funcionamento dos modelos hidrológico e hidráulico utilizados nas simulações dos sistemas de drenagem, realizadas para os estudos para o Plano de Drenagem Urbana e o segundo visa guiar os projetistas e à Administração do Distrito Federal quanto aos aspectos de critérios de projeto e aspectos específicos da legislação de controle de drenagem urbana previstos no plano (SO/DF, 2009).
Em 8 de abril de 2011, a ADASA cria a Resolução nº 09/2011, que estabelece os procedimentos legais para o requerimento e obtenção de outorga de lançamento de águas pluviais em corpos hídricos de domínio do Distrito Federal e naqueles delegados pela União e Estados.
Por meio dessa resolução, a ADASA visa controlar quantitativa e qualitativamente os recursos hídricos do Distrito Federal. Assim, para se obter a outorga será necessário cumprir alguns requisitos determinados pela resolução.
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3.2.2 Caracterização da rede de drenagem do DF
A política de controle de inundações no Brasil ainda se baseia nos princípios higienistas já citados. Diante disso, não é surpresa que as redes de drenagem no DF sejam dimensionadas para o rápido escoamento das águas pluviais para longe dos centros urbanos.
O crescimento populacional extremamente rápido de Brasília, chegando a atingir 2,5 milhões de habitantes em menos de 50 anos, extrapolou as previsões populacionais. Por conseguinte, as invasões e urbanizações não controladas se tornaram muito frequente e ocasionaram na impermeabilização do solo e implantação de redes de drenagem deficientes ou em sobrecargas às redes já existentes (SO/DF, 2008). A Figura 3.6 apresenta o mapa das regiões ocupadas irregularmente no DF.
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Figura 3.6 - Mapa de ocupação irregular (PDDU, 2008).
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A região administrativa de Vicente Pires é um dos exemplos de grande impermeabilização do solo, já que esta área destinava-se, originalmente, à zonas de chácaras rurais e tornou-se a maior concentração de condomínios do DF, sem se preocupar em tomar as devidas providências para a implantação de uma rede de drenagem para a área e tornando o ambiente propício para a ocorrência de inundações (SO/DF, 2008). Da Figura 3.7 a Figura 3.10 é apresentado Vicente Pires durante alguns eventos de inundação e suas consequências.
Figura 3.7 - Caminhonete em cratera aberta durante
inundação em Vicente Pires (G11).
Figura 3.8 - Asfalto danificado devido a
enchentes (G12).
Figura 3.9 - Situação em uma das vias de Vicente
Pires durante evento chuvoso (Topocart, 2010).
Figura 3.10 - Processos Erosivos em Vias
Pavimentadas no Vicente Pires - ausência de sistema de drenagem pluvial (Topocart, 2010).
A rede de drenagem de águas pluviais no DF pode ser dividida em implantada, implantada parcialmente, em implantação e não implantado. A área de estudo encontra-se no quadro mais crítico. Em 2016 iniciaram-encontra-se as obras de reestruturação de Vicente
1 Disponível em:
https://g1.globo.com/df/distrito-federal/noticia/2018/10/23/carro-foi-afundando-devagarinho-diz-idoso-resgatado-de-veiculo-engolido-por-cratera-no-df.ghtml. Acesso em novembro de 2018.
2 Disponível em:
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Pires. Em 06 de setembro de 2018, foram entregues as obras dos sistemas de drenagem das Avenidas São Francisco e Governador (MELO, 2018). A implantação de uma bacia de detenção em Vicente Pires pode ser observada na Figura 3.11.
(a) (b)
Figura 3.11 - Implantação da bacia de detenção em Vicente Pires.
Ademais, a rede pluvial do Distrito Federal é caracterizada por seguir o tipo separador absoluto, ou seja, a rede de drenagem de águas pluviais é completamente separada da rede de esgoto sanitário. Todavia, verificou-se a existência de uma parte considerável de esgoto sanitário na rede de drenagem pluvial, podendo ser devido à lançamentos de rede clandestina ou à cruzamento ou ruptura da rede de esgoto sanitário durante a construção da rede de drenagem pluvial (SO/DF, 2008).
3.2.3 Medidas de controle de cheia
Segundo Tucci (2003), as medidas de controle de inundações podem ser divididas em estruturais e não estruturais. As medidas estruturais são aquelas que reduzem os impactos das inundações por meio de obras de engenharia. Já as medidas não estruturais são caracterizadas por reduzir os prejuízos para a melhor convivência da população com as enchentes, por meio de regulamentos, normas e programas educacionais (CANHOLI, 2014).
Ressalta-se que as inundações são fenômenos naturais que não podem ser completamente controlados. Desse modo, as medidas de controle de inundações visam minimizar as consequências, associando as medidas estruturais com as não estruturais para que a convivência entre a população e os rios seja harmoniosa e resulte no menor prejuízo para os habitantes da cidade (BARBOSA, 2006).
3.2.3.1 Medidas estruturais
As medidas estruturais podem ser divididas em extensivas – medidas que agem na bacia, procurando alterar a relação entre a precipitação e a vazão, com o intuito de
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promover o retardo da água escoada e minimizar a erosão– e medidas intensivas, cuja principal ação é nos rios. As medidas intensivas podem ser divididas em três tipos:
▪ Aquelas que aceleram o escoamento, como a construção de diques e
polders, aumento da capacidade de rios e corte de meandros;
▪ Aquelas que retardam o escoamento, como reservatórios e bacias de amortecimento;
▪ Desvio do escoamento, que consiste em obras como canais de desvio. Os sistemas de drenagem estruturais ainda podem ser classificados como controle na fonte, microdrenagem e macrodrenagem, segundo o Manual de Drenagem Urbana do Distrito Federal. Os sistemas de controle na fonte são compostos por dispositivos de amortecimento e infiltração, instalados geralmente em lotes privados ou em lotes públicos situados às cabeceiras das bacias hidrográficas. A Tabela 3.2 apresenta as principais medidas estruturais.
Tabela 3.2 - Medidas Estruturais
Classificação Medida Vantagem Desvantagem Aplicação
Extensivas Cobertura Vegetal Redução do pico de cheia Impraticável para
grandes áreas Pequenas bacias
Controle de perda Reduz assoreamento
Impraticável para
grandes áreas Pequenas bacias
Intensivas Diques e poldres
Alto grau de proteção de uma área Danos significativos caso falhe Grandes rios Melhoria de canal Redução da rugosidade por desobstrução Aumento da vazão com pouco investimento
Efeito localizado Pequenos rios
Corte de meandro
Amplia a área protegida e acelera o escoamento
Impacto negativo em rio com fundo aluvionar
Área de inundação estreita
Reservatórios
Todos os
reservatórios Controle a jusante Localização difícil
Área de inundação
Reservatórios com comportas
Mais eficiente com o mesmo volume Vulnerável a erros humanos Bacias intermediárias Reservatórios para cheias Operação com mínimo de perdas Custo não partilhado Restrito ao controle de enchentes Mudança de canal
Caminho da cheia Amortecimento de volume
Depende da
topografia Grandes Bacias
Desvios Reduz vazão do
canal principal Idem ao anterior
Bacias médias a grandes
18 3.2.3.2 Medidas não estruturais
As medidas não estruturais têm caráter institucional e são menos dispendiosas que as estruturais, já que esta não modifica o sistema fluvial, mas atua para melhorar a convivência das populações de regiões sujeitas a enchentes com a ocorrência do fenômeno (COLOMBO, 2002).
As medidas estruturais podem provocar uma sensação de segurança na população. Em decorrência disso, a ampliação da ocupação de áreas inundáveis pode ser incentivada, o que futuramente pode gerar danos significativos. As medidas não estruturais são capazes de diminuir significativamente os prejuízos, juntamente com as estruturais ou não, com menor custo.
Segundo Barbosa (2006), para essas medidas serem realmente eficazes, é imprescindível a atuação conjunta do poder público e da comunidade local, buscando a convivência harmoniosa sem prejuízos materiais e, principalmente, sem perdas humanas. As medidas não estruturais podem ser agrupadas em:
▪ Regulamentação do uso e da ocupação do solo: por meio de zoneamento das áreas de inundação, planejar áreas a serem desenvolvidas e controlar as áreas atualmente loteadas, evitando a ocupação sem prevenção e previsão. O zoneamento baseia-se no mapeamento das áreas de inundação e definição da população habitando nas áreas de risco e da ocupação ou zoneamento das áreas de risco. Essa regulamentação deve estar contida no Plano Diretor;
▪ Rede de monitoramento e previsão de alerta: consiste em um sistema destinado a prevenir a população com uma antecedência de curto prazo no caso de eventos de cheia raros, com o propósito de evitar o pânico generalizado. Esse sistema consiste em adquirir dados em tempo real e transmiti-los para um centro de análise, que é responsável por efetuar uma previsão em tempo atual e comunicar os resultados para a Defesa Civil e para a sociedade, a fim de que sejam tomadas as devidas providências para minimizar os prejuízos;
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Tabela 3.3 - Medidas não estruturais para o controle de inundações
Medida Características Objetivo
Plano Diretor
Planejamento das áreas a serem desenvolvidas e a densificação das áreas atualmente loteadas.
Evitar a ocupação sem prevenção.
Educação Ambiental
Para ser realizado junto à população. A conservação das margens dos rios, sua vegetação típica e taludes são essenciais.
Conscientizar a população que sofre ou poderá sofrer com as inundações.
Medidas de apoio à população
Lugares seguros para preservar a pessoa e sua família, e construção de abrigos temporários, meios de evacuação, patrulhas de segurança.
Inserir na população que poderá ser atingida pela inundação um senso de proteção.
Distribuição de informação sobre as enchentes
Programa de orientação da população sobre as previsões de enchentes para que ela aprenda a se prevenir contra as cheias.
Aprimorar a qualidade da assistência externa a reduzir falhas como a falta de
informações, a má avaliação das necessidades e formas
inadequadas de ajuda.
Reassentamento
Reassentamento de residentes ilegais ocupantes das margens de rios, e de residentes legais nas áreas de enchentes.
Retirar a população dos locais de risco.
Soluções de mitigação
Promover o aumento das áreas de infiltração e percolação e armazenamento temporário.
Aumentar a eficiência do sistema de drenagem a jusante e a capacidade de controle de enchentes dos sistemas. Construções a prova de
enchentes
Pequenas adaptações nas construções.
Reduzir as perdas em construções localizadas nas várzeas de inundação.
Sistemas Hidrológicos
Histórico hidrológico da bacia e modelos que mostram o comportamento hidráulico e hidrológico do sistema do rio.
Fornecer subsídios para os estudos de comportamento as bacias, assim como previsão de cenários futuros.
Fonte: Adaptado - Enemoto (2004) apud Barbosa
3.2.4 Técnicas compensatórias de drenagem urbana
Como citado anteriormente, as técnicas compensatórias, ou alternativas, de drenagem urbana, a partir da década de 70, passaram a ser desenvolvidas para contrapor as medidas higienistas, ainda muito presentes na atualidade. Também denominadas “Best
Management Practices” (BMPs), essas técnicas propõem soluções em escala de bacias
hidrográficas baseadas na aplicação de dispositivos de armazenamento e infiltração, buscando compensar, sistematicamente, os efeitos da urbanização (BAPTISTA, 2011; TUCCI, 2012).
Uma peculiaridade das técnicas alternativas em relação às clássicas é a necessidade de uma abordagem integrada, que consiste em promover a interação do projeto urbanístico com a gestão das águas pluviais, de forma a fomentar soluções que
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atendam aos objetivos do empreendimento urbanístico e sejam adequadas em relação ao tratamento das águas pluviais (BAPTISTA, 2011).
As soluções compensatórias podem apresentar múltiplos usos, para fomentar o melhor convívio da comunidade e uma melhor inserção urbanística dessas técnicas. Áreas destinadas a amortecimento de cheias, por exemplo, podem ser relacionadas às áreas verdes, parques, áreas adequadas para a prática de esporte, entre outras. Quando não há a possibilidade de múltiplo uso, valorizar as estruturas e a presença de água podem ser alternativas para adequar a inserção das soluções ao planejamento urbano (NASCIMENTO e BAPTISTA, 2009).
A classificação das técnicas alternativas é feita de acordo com a posição de implantação do dispositivo em relação à sua área de drenagem. Podem ser classificadas em técnicas de controle na fonte, relacionado a pequenas áreas de drenagem, e de controle centralizado, dispositivos que funcionam com uma área de drenagem de maior porte. A imagem a seguir ilustra alguns exemplos dessas classificações (BAPTISTA, 2011).
Figura 3.12 - Classificação das técnicas alternativas, segundo Baptista (2011).
O tipo de técnica a ser adotada depende de fatores urbanísticos, sociais, econômicos e ambientais. Em áreas que ainda estão em desenvolvimento, estudar esses fatores em consonância com o desenvolvimento do projeto urbanístico gera a situação ideal para se aplicar uma solução com a maior eficiência, devido à flexibilidade da aplicação das técnicas compensatórias ao projeto urbanístico. Mas em áreas já urbanizadas, a aplicação dessas técnicas encontra alguns empecilhos em relação aos custos e à escolha do método a ser utilizado (NASCIMENTO e BAPTISTA, 2009).
21
Peiter e Poleto (2012) estudaram os efeitos da aplicação de trincheiras de infiltração sobre o escoamento superficial. O trabalho foi baseado em ensaios realizados com trincheiras preenchidas com quatro granulometrias diferentes. Elas foram testadas em laboratório, para se medir o armazenamento inicial e em campo, para determinar a capacidade de infiltração da água.
O estudo foi realizado com pedrisco, pedra britada, pedra de argila e rachão. A partir dos resultados obtidos, concluiu-se que quanto maior a granulometria, maior a capacidade de armazenamento da água por m³ de preenchimento granular e as trincheiras são uma solução boa para a retenção do escoamento superficial urbano e consequente controle de inundações em bacias urbanizadas.
Gonçalves (2018) também testou técnicas compensatórias como soluções para o escoamento urbano. Em seu estudo, a autora realizou monitoramento quantitativo da água drenada por unidades piloto de telhado verde e modelagem pelo programa PCSWMM para verificar a viabilidade da inserção da técnica no Distrito Federal. A partir da simulação hidrológica, pode-se constatar que a aplicação dessa técnica amenizou o volume total inundado, a vazão de pico para um evento de chuva real apresentou redução de 42,2% até 79,9%. Durante o período de monitoramento, foram analisados telhados com variação da camada de substrato de 10 a 20 cm. Todos apresentaram retenção de volume precipitado em torno de 29 a 30%. A conclusão do estudo foi que a técnica compensatória é viável para a implantação no DF, em relação à diminuição dos impactos da impermeabilização do solo e ressalta-se que apenas a aplicação dessa técnica não resolve os problemas de escoamento superficial, sendo necessário implementá-la em conjunto com outras técnicas, como pavimentos permeáveis e trincheiras de infiltração.
Visto que o objeto de estudo desse trabalho é uma bacia de detenção em Vicente Pires, essa técnica alternativa será explanada no tópico a seguir.
3.3 BACIAS DE RETENÇÃO E DETENÇÃO
Bacias de amortecimento são os dispositivos alternativos mais utilizados para a gestão de águas pluviais, segundo ASCE (1992). Projetadas para interceptar e reter temporariamente um volume de água pluvial e liberá-la após o evento, seus objetivos são controlar a vazão de pico, o volume decorrente do escoamento superficial, a qualidade das águas pluviais e promover a recarga dos aquíferos pelas águas pluviais (GRIBBIN, 2006).As bacias podem ser classificadas em bacias de detenção e bacias de retenção.
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As bacias de detenção têm a finalidade de amortecer a vazão de pico gerada pelo evento de chuva, retendo o volume da precipitação por um determinado tempo para liberá-lo aos poucos. Segundo Durrans (2003), bacias de detenção possuem pelo menos uma estrutura de saída, que permite a saída do fluxo em uma quantidade menor que o fluxo de entrada. A diferença entre os fluxos de entrada e saída resulta não só na redução do escoamento superficial, mas também armazena temporariamente o excesso de fluxo. Esse tipo de bacia é caracterizado por ser uma bacia seca, ou seja, elas possuem nível d’água apenas durante o período chuvoso. Um esquema de uma bacia de detenção é apresentado na Figura 3.13.
Figura 3.13 - Esquema de bacia de detenção (CANHOLI, 2014).
As bacias de detenção podem ser projetadas para céu aberto ou por obras subterrâneas, utilizando tubos de grandes diâmetros ou outros tipos de câmaras no subsolo. Esse último tipo é geralmente utilizado em locais onde não há muito espaço e apresenta maior custo, pois tem a capacidade de armazenamento de volume bem menor que as bacias a céu aberto e não possuem capacidade de retenção de poluentes, exigindo que sejam tomadas medidas adicionais para resolver essa questão (GRIBBIN, 2006). A Figura 3.14 apresenta uma bacia de detenção em construção no Setor Habitacional Vicente Pires (SHVP).
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Quando preenchidas permanentemente, as bacias são classificadas como bacias de retenção e o seu principal objetivo é controlar a qualidade d’água pluvial, retendo-a por tempo suficiente para que as partículas suspensas presentes na água se depositem. Esse tipo de bacia tem algumas particularidades: ela deve ter uma profundidade adequada para evitar a ocupação do fundo por plantas aquáticas e, durante período seco, a sua alimentação, que geralmente é realizada através do lençol freático, deve ser garantida. (STU e Agences de l’eau apud CASTRO, 2002). A seguir é apresentado um exemplo de bacia de retenção no município de Uberaba, representada pela Figura 3.15.
Figura 3.15 - Bacia de retenção - N.A permanente - município de Uberaba (CANHOLI, 2014). Pela sua flexibilidade, as bacias de detenção e retenção, além da sua função de proteção contra inundações, podem ter outras funcionalidades. Dessa forma, esse tipo de construção hidráulica possui grandes vantagens. A Figura 3.16 apresenta as vantagens e desvantagens na implementação de bacias de detenção e retenção.
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Figura 3.16 - Vantagens e desvantagens das bacias de detenção (Adaptado – Castro, 2002) As bacias podem ser classificadas de acordo com o seu posicionamento na rede de drenagem. Se ela se encontra na linha principal nos sistemas de drenagem (ou está conectada em série), a bacia é classificada como in-line e ela tem a função de retornar o escoamento amortecido para o sistema de drenagem. Quando implantada em paralelo, para desvio do escoamento, a bacia é classificada como off-line, que retém os escoamentos desviados da rede de drenagem principal e os devolvem para o sistema, após obtido o alívio de pico de vazão (CANHOLI, 2014).
O dimensionamento do volume das bacias de qualidade (retenção) e quantidade (detenção), no Distrito Federal, deve ser feito como estabelecido pela resolução nº 09, de 08 de abril de 2011, da Adasa, onde “Estabelece os procedimentos para requerimento e obtenção de outorga de lançamento de águas pluviais em corpos hídricos de domínio do Distrito Federal e naqueles delegados pela União e Estados”. Essa resolução também determina a vazão específica máxima para lançamento de águas pluviais em corpos hídricos, no Distrito Federal, igual a 24,4 L/(s.ha) para áreas , valor que representa a vazão máxima pré-existente de condições naturais. É necessário que a rede obedeça o limite de vazão de lançamento de águas pluviais em corpos hídricos, para que o desenvolvimento urbano não produza aumento da vazão máxima devido à impermeabilização, evitando que o efeito da urbanização seja passado para jusante (TUCCI, 2016).
De acordo com a resolução nº 09/2011, o volume da bacia de qualidade deve ser dimensionado pela seguinte equação:
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𝑉𝑞𝑎 = (33,8 + 1,80. 𝐴𝑖). 𝐴𝐶 Equação 1
Onde Vqa é o volume em m³, Ai é o percentual de área impermeável do terreno e Ac é a área de contribuição do empreendimento em ha. A vazão de saída da bacia de qualidade também deve ter um valor limite, que é calculado pela equação a seguir.
𝑄 = 𝑉𝑞𝑎
86,4 Equação 2
Onde Q é a vazão dada em L/s. Além disso, a bacia de retenção deve prever a redução de, no mínimo, 80% dos sólidos totais gerados na área impermeabilizada.
A vazão de saída bacia de detenção deve respeitar a limitação da vazão de lançamento de águas pluviais em corpos hídricos determinada pela resolução nº 09/2011. Para áreas de contribuição menores que 200 ha, o volume da bacia de quantidade deve ser determinado pela seguinte equação.
𝑉 = (4,705𝐴𝑖)𝐴𝑐 Equação 3
Para empreendimentos com áreas superiores a 200 ha, é necessário realizar estudo hidrológico para determinar o volume da bacia de quantidade e seus dispositivos de saída. Para tanto, os estudos devem considerar chuvas com tempos de retorno de 10 anos e duração de, no mínimo, 24 horas, e a vazão máxima de saída não pode ultrapassar a vazão máxima de pré-desenvolvimento.
Ademais, as bacias de retenção e detenção podem ser dimensionadas a partir de vazões de projeto. Essas vazões podem ser determinadas pelo Método Racional, para áreas de contribuição menores que 200 ha, ou por hidrogramas, obtidos, por exemplo, pelo método do SCS (Soil Conservation Service), que é baseado no hidrograma unitário (ADASA, 2018).
Souza (2014) realizou monitoramento e modelagem da sub bacia do Lago Paranoá e avaliou o uso de bacias de detenção nessa bacia para se evitar eventos indesejáveis e impactos de diversas atividades que ocorrem nesse espaço urbano. Assim, analisou-se o comportamento quantitativo e qualitativo das águas de drenagem urbana por meio do monitoramento e da modelagem utilizando os programas SWMM e PCSWMM e, a partir dos dados obtidos, avaliar possíveis soluções por meio de implementações de bacias de detenção na região. Foram estudadas 13 alternativas de implantação de bacias. Concluiu-se que a implementação de bacias pode Concluiu-ser uma alternativa para desafogar a rede de drenagem que apresenta vários pontos que estão funcionando em seu limite de capacidade. Segundo a autora, as alternativas que consideraram uma combinação na
